隨著跨行業(yè)舉措消除發(fā)電和輸送電力產(chǎn)生的碳排放，核能的低碳優(yōu)勢將與其他替代發(fā)電源一起得到促進(jìn)發(fā)展。
1、生命周期碳排放
IPCC最新報告稱，如果不“在所有部門立即大幅減排，將全球變暖限制在1.5℃是難以實(shí)現(xiàn)的”。
雖然核電站提供低碳發(fā)電能源，而電站本身是大型基礎(chǔ)設(shè)施，因此必須考慮到材料采購以及施工、運(yùn)營和退役過程中產(chǎn)生的碳排放。
根據(jù)國際氣候變化專門委員會(IPCC)的數(shù)據(jù)，在發(fā)電選擇中，核能的生命周期碳排放量與海上風(fēng)電的碳排放量相似。
他們估計(jì)這兩種電源的碳排放量為12t/MWh，與排放量最低的陸上風(fēng)電(排放量為11t/MWh)之間的差異很小。
核能的碳排放量是水電的一半(24t/MWe)，是太陽能光伏的一半到五分之一，太陽能光伏的生命周期排放量高達(dá)45t/MWh。
當(dāng)然，與化石燃料發(fā)電相比，所有這些排放水平都很小。
在同一IPCC排名中，煤炭生命周期排放量為820t/MWh，甲烷氣體排放量為490t/MWe。(IPCC的評估實(shí)際上是以“二氧化碳當(dāng)量排放量”為單位的，因?yàn)樗紤]了不同的溫室氣體，其影響可能是二氧化碳的許多倍。)
但這個數(shù)字并不是一直固定的。
實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)也會影響到供應(yīng)鏈中的公司，就像影響到發(fā)電公司本身一樣。這為所有低碳能源提供了一個機(jī)會，隨著各式新能源的發(fā)展改進(jìn)，我們將真正地邁向零碳能源。
這對核能意味著什么?英國的壓水堆新建項(xiàng)目提供了一個有用的比較時間表。
2、碳評估
塞茲韋爾C項(xiàng)目幾乎是欣克利角C項(xiàng)目的翻版，但預(yù)計(jì)其產(chǎn)生的碳足跡要小得多。
英國欣克利角C項(xiàng)目的“第一批混凝土”于2017年3月開始澆筑，盡管在此之前土建工程已經(jīng)進(jìn)行了一段時間。
其后續(xù)的塞茲韋爾C項(xiàng)目的工程，預(yù)計(jì)將在本十年中期完成，建設(shè)二期將從30年代后半葉開始。在這二十年里，人們正在采取重大措施來減少其部件的碳負(fù)荷。
2021年，欣克利角C項(xiàng)目的所有者NNB發(fā)電公司HPC有限公司發(fā)布了核電站碳排放的生命周期評估，以及其他影響——欣克利角C項(xiàng)目開發(fā)電力的生命周期碳和環(huán)境影響分析。
研究發(fā)現(xiàn)，“在大多數(shù)評估的環(huán)境指標(biāo)中，核心施工階段是每千瓦時發(fā)電量的最高貢獻(xiàn)者。
在核心施工生命周期評估(LCA)階段，總體而言，貢獻(xiàn)最高的是建造[欣克利角C]所需材料材料，特別是那些與所用鋼材和混凝土相關(guān)的產(chǎn)品。”
分析中顯示，與建筑相關(guān)的全球變暖潛能值(GWP)的77%來自能源和材料使用。建筑所需的能源貢獻(xiàn)了30%，電網(wǎng)電力和柴油各占一半。約47%來自所需建筑材料的內(nèi)含碳，如鋼筋(15%)和混凝土(略低于10%)。
將建筑材料和土方工程運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，以及將建筑廢物運(yùn)輸?shù)綀鐾猓己诵幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)全球升溫潛能值的12%。
3、電網(wǎng)碳排放
欣克利角C項(xiàng)目的建設(shè)將使用大量碳密集型材料，如混凝土和鋼材。
自2017年以來，英國電網(wǎng)建設(shè)所需電力的平均碳排放量已經(jīng)大幅下降。
那一年，英國政府公布了公司用于年度報告的電網(wǎng)電力的溫室氣體“轉(zhuǎn)換系數(shù)”為0.35千克/千瓦時。
2023年，根據(jù)2022年的電網(wǎng)電力組合，政府的數(shù)字下降了三分之一以上，降至0.21千克/千瓦小時。柴油發(fā)電機(jī)不是由網(wǎng)絡(luò)供電，但趨勢是相同的。
例如，提供租賃柴油發(fā)動機(jī)的亞力克公司在2022年承諾，在2030年前將其組織的柴油使用量減少50%。
該公司表示，“具體而言，我們打算從4月起逐步停止提供柴油燃料管理服務(wù)，而只提供加氫植物油(HVO)”。
它還正在研究在燃料電池中使用其他潛在的低碳燃料，如甲醇和氫氣，以用于柴油發(fā)動機(jī)的未來應(yīng)用。
4、混凝土生產(chǎn)碳減排
混凝土和鋼鐵行業(yè)都有到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的宏偉目標(biāo)，但未來幾十年的進(jìn)展需要一些重大的技術(shù)發(fā)展。
漢森是一家主要的混凝土供應(yīng)商，其客戶包括欣克利角C項(xiàng)目。水泥是混凝土的關(guān)鍵成分，漢森的水泥業(yè)務(wù)造成了90%的碳排放。
其中一部分來自所使用的能源，但約70%來自水泥生產(chǎn)中涉及的化學(xué)過程。
因此，阻止二氧化碳排放的唯一方法是碳捕獲和儲存(CCS)。
漢森的母公司海德堡材料公司將通過其正在開發(fā)的CCUS項(xiàng)目，在2030年之前捕獲和儲存1000萬噸碳。
在英國，漢森有三個項(xiàng)目：
Padeswood水泥廠，位于北威爾士莫爾德附近，該公司計(jì)劃投資約4億英鎊(5.06億美元)在那里建造CCS，將通過HyNet西北地下管道運(yùn)輸捕獲的碳，并將其儲存在海底，目標(biāo)是使?jié)h森能夠在2027年前生產(chǎn)凈零碳水泥。
拉特蘭Ketton水泥廠，將使用溶劑，選擇性地捕獲二氧化碳。這可能比其他一些碳捕獲技術(shù)需要更少的能源。可行性研究現(xiàn)已完成，示范裝置預(yù)計(jì)將于今年晚些時候安裝。
Ribblesdale水泥廠，漢森與海德堡材料公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在那里演示了濕式洗滌器內(nèi)強(qiáng)制碳化回收混凝土漿。該過程消除了生產(chǎn)過程中的排放，并產(chǎn)生了一種二次材料，然后可用于取代水泥和混凝土生產(chǎn)中的原始石灰石。
這些發(fā)展預(yù)計(jì)將使該公司在2030年前轉(zhuǎn)向低碳混凝土。
與此同時，它已經(jīng)能夠通過改變其具體成分來減少碳排放。EcoCrete系列用Regen GGBS(磨碎的粒狀高爐礦渣)代替了混凝土中的一些水泥。
除了減少碳排放外，使用GGBS還提高了結(jié)構(gòu)的長期耐久性，不需要采石，并減少了對礦渣的處理。
Ricardo的報告指出，“標(biāo)準(zhǔn)”混凝土和高密度核混凝土之間存在差異，因?yàn)樗枰毓橇希绱盆F礦或鐵丸。
但是(根據(jù)上述事實(shí)，水泥承擔(dān)了很大一部分碳負(fù)荷)，報告同時發(fā)現(xiàn)，在核心施工階段，對于總發(fā)電量，“一般來說，敏感性分析表明，雖然在關(guān)鍵的核心HPC基礎(chǔ)設(shè)施中，用重混凝土的數(shù)據(jù)集代替了普通混凝土的數(shù)據(jù)集，但該模型對這種變化的敏感性并不高。”
5、鋼鐵生產(chǎn)碳減排
混凝土和鋼鐵等材料的低碳生產(chǎn)方法，正在改善核能發(fā)電廠碳足跡的平衡。
英國鋼鐵公司也是欣克利角C項(xiàng)目的主要供應(yīng)商。其脫碳戰(zhàn)略旨在到2035年將碳排放量減少82%，到2050年生產(chǎn)凈零鋼鐵。
其低碳路線圖于2021年10月啟動。一些減排是可以通過管理行動實(shí)現(xiàn)的，例如回收，英國鋼鐵公司在其最新的脫碳行動計(jì)劃中表示，已將其回收含量從歷史平均13.8%提高到平均24.7%。
該路線圖還包括在需要直接加熱的操作中整合電弧爐煉鋼和用氫氣取代甲烷氣體的可行性研究。
其他鋼鐵公司也在減少碳負(fù)荷。塔塔鋼鐵公司技術(shù)和研發(fā)副總裁Debashish Bhattacharjee博士在最近的一篇博客中表示，該公司最近在其Jamshedpur工廠的一座高爐中成功地試噴了氫氣。這是世界上第一次在高爐中連續(xù)注入如此大量的氫氣。
該試驗(yàn)表明，每噸粗鋼的碳排放量有可能減少7-10%。
他說：“通過研究這些數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在知道了當(dāng)我們向熔爐中注入大量純氫時，在氣體體積、反應(yīng)速率和溫度方面會發(fā)生什么”。
全球能源監(jiān)測(GEM)認(rèn)為，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)開始了一個“關(guān)鍵”的轉(zhuǎn)變：其最近發(fā)布的報告稱，43%的計(jì)劃煉鋼產(chǎn)能現(xiàn)在基于電弧爐，57%使用煤基高爐堿性氧氣爐。
盡管電弧技術(shù)不到計(jì)劃產(chǎn)能的一半，但去年報告中的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”意義重大：當(dāng)時只有33%的計(jì)劃產(chǎn)能用于發(fā)電，而基于化石燃料高爐的計(jì)劃產(chǎn)能為67%。與水泥和混凝土行業(yè)一樣，CCS是減少排放的關(guān)鍵技術(shù)。
6、輸電系統(tǒng)碳排放
整個電力部門的內(nèi)含碳可以通過主要材料的低碳變體來減少。
整個系統(tǒng)脫碳的首要任務(wù)是減少從發(fā)電廠開關(guān)站到最終用戶的輸電系統(tǒng)的排放。同樣，這些類型的損失影響連接到電網(wǎng)的所有形式的發(fā)電。
Ricardo關(guān)于欣克利角C項(xiàng)目的報告顯示，欣克利角C項(xiàng)目發(fā)電的碳負(fù)擔(dān)將低于輸送給用戶的電力。
報告中說：“HPC輸送的千瓦時電力的全球升溫潛能值總額幾乎有一半來自下游影響……這包括電網(wǎng)本身的基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營要求，還包括塔架金屬和SF6絕緣(一種強(qiáng)大的溫室氣體)排放泄漏等所需材料的影響。”
輸電和配電網(wǎng)絡(luò)的損失更是雪上加霜，因?yàn)楸仨?ldquo;補(bǔ)足”損失，導(dǎo)致總排放量增加6%。
7、六氟化硫的使用
輸送階段脫碳的一個主要問題是六氟化硫——縮寫化學(xué)式SF6，如Ricardo評論中所述——近幾十年來一直被常規(guī)用于變電站和開關(guān)設(shè)備，以及較小的電氣設(shè)備密封項(xiàng)目。
它為變電站設(shè)備提供了一個電絕緣環(huán)境，以前變電站設(shè)備會依靠“氣隙”來避免短路和隨后的局部停電。
因?yàn)樗慕^緣性能比空氣好得多，所以在SF6中產(chǎn)生電弧的可能性是在空氣中的100倍。
因此，將開關(guān)設(shè)備密封在SF6氣氛中，意味著各種配電設(shè)施組件可以靠得更近，因此變電站所需的體積更小。
帶有氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的變電站的占地面積比空氣絕緣的變電站小30-40%。這為網(wǎng)絡(luò)和建筑設(shè)計(jì)師提供了更多放置電氣設(shè)備的選擇，這在空間昂貴的地區(qū)(如城市)非常重要。
畢竟，變電站的空間成本最終會反饋給用戶賬單。此外，空氣絕緣開關(guān)設(shè)備通常暴露在環(huán)境條件下——灰塵、雨水，甚至動物——這使其容易發(fā)生故障。
但SF6有一個劣勢：它是唯一最具破壞性的溫室氣體。每噸相當(dāng)于23,900噸二氧化碳。因?yàn)橛袝r會發(fā)生氣體泄漏，因此(與類似的氣體)是輸電公司業(yè)務(wù)碳足跡(BCF)的最大貢獻(xiàn)者。
電力供應(yīng)行業(yè)幾乎是SF6的唯一用途，自SF6普遍使用以來，其對空氣的排放量顯著增加。立法者正在進(jìn)行打擊。
例如，歐盟此前曾將電力行業(yè)排除在2014年法規(guī)對所謂F氣體的限制之外。但修訂后的法規(guī)將影響電力行業(yè)。
與此同時，隨著碳成本的增加，電力行業(yè)有更大的動力來防止泄漏情況的發(fā)生。
隨著時間的推移，也有新的選擇取代電網(wǎng)設(shè)施中的SF6，但隨著技術(shù)的發(fā)展，替代品的使用已經(jīng)放緩。
取代SF6的一種技術(shù)主要在空氣添加一定比例的全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)。這些化學(xué)品簡稱PFAS，但是這些物質(zhì)對人體健康存在潛在威脅，使用受到嚴(yán)格限制，至少在美國和歐盟是如此，因?yàn)檫@些國家的立法機(jī)構(gòu)正在制定新的法規(guī)。
這種替代方案在嚴(yán)格限制下還不能推廣。然而，當(dāng)塞茲韋爾的一家新工廠安裝開關(guān)設(shè)備并出口電力時，應(yīng)該能夠保證整個網(wǎng)絡(luò)中電子的低碳傳輸。
在欣克利角C項(xiàng)目和塞茲韋爾C項(xiàng)目兩個反應(yīng)堆建設(shè)時間表之間，脫碳舉措正在整個電力行業(yè)和整個經(jīng)濟(jì)中生效。它們并非核工業(yè)獨(dú)有，但核能可以從這些變化中獲得發(fā)展。
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